Модификация экзогенной гибберелловой кислотой генетических эффектов у Trdescantia (клон 02), индуцированных облучением в малых дозах

Хомиченко, Алексей Анатольевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Модификация экзогенной гибберелловой кислотой генетических эффектов у Trdescantia (клон 02), индуцированных облучением в малых дозах
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Модификация экзогенной гибберелловой кислотой генетических эффектов у Trdescantia (клон 02), индуцированных облучением в малых дозах"

□ОЗ166896

На правах рукописи

ХОМИЧЕНКО Алексей Анатольевич

МОДИФИКАЦИЯ ЭКЗОГЕННОЙ ГИББЕРЕЛЛОВОЙ КИСЛОТОЙ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ У ГРОЕвСЛЛ/Г/Л (КЛОН 02), ИНДУЦИРОВАННЫХ ОБЛУЧЕНИЕМ В МАЛЫХ ДОЗАХ

03 00 16-экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

у В ДПР 2008

Сыктывкар 2008

003166896

Работа выполнена в Институте биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук

Научный руководитель доктор биологических наук, профессор

Зайнуллин Владимир Габдуллович

Официальные оппоненты доктор биологических наук, профессор

Гэраськин Станислав Алексеевич

доктор биологических наук, старший научный сотрудник Загирова Светлана Витальевна

Ведущая организация Институт экологии растений и животных

Уральского отделения Российской академии наук

Защита диссертации состоится 23 апреля 2008 г в 1500 на заседании диссертационного совета Д 004 007 01 в Институте биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук по адресу 167982, г Сыктывкар, ул Коммунистическая, д 28 Факс (8212) 240163 E-mail dissovet@ib komisc ru Сайт Института www ib komisc ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук по адресу 167982, г Сыктывкар, ул Коммунистическая, д 24

Автореферат разослан «. » -¿¿Су) 7$_ 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

А Г. Кудяшева

Общая характеристика работы

Актуальность темы В результате хозяйственной деятельности человека - добычи полезных ископаемых, строительства, развития атомной энергетики и т п - появляется значительное число территорий, загрязненных радионуклидами, что приводит к увеличению радиационного фона биосферы Это обуславливает необходимость тщательного изучения генетических последствий повышенного радиационного фона для природных популяций растений и механизмов микроэволюционных событий в условиях хронического действия ионизирующего излучения (Шевченко, Печку-ренков, Абрамов, 1992, Гераськин, 1995, Зайнуллин, 1998) Имеющиеся данные указывают на значительную роль абиотических стрессовых факторов в формировании генетической структуры популяции При малой изученности этой проблемы можно говорить о возрастании генетической изменчивости на популяционном уровне в условиях радиационного и других типов стресса (Имашева, 1999)

Ответы организмов на облучение в малых дозах ионизирующей радиации могут рассматриваться как реализация механизмов потенциальной устойчивости (Гродзинский, 1984) Процессы, индуцируемые малыми дозами радиации и протекающие в ходе нормального клеточного цикла, обладают определенной общностью и являются проявлением консервативных механизмов, обеспечивающих целостность генома в ходе обычной жизнедеятельности клетки и при действии неблагоприятных факторов среды (Спитковский, 2000)

Изучение механизмов гормональной регуляции генетических процессов, обеспечивающих устойчивость организмов, может приблизить нас к пониманию закономерностей адаптации и микроэволюционных процессов у растительных сообществ в неблагоприятных условиях окружающей среды Поэтому важным является изучение реакции гормональной системы растений и величины генетических эффектов, индуцированных облучением ионизирующей радиацией в малых дозах

Цель работы заключалась в изучении закономерностей реакции ТгабезсапЬа (клон 02) на действие у-излучения в низких дозах и модификации эффектов облучения гибберелловой кислотой АЗ

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи

- изучить динамику частоты генетических и морфологических нарушений у Тгабе$сапЬа (клон 02) в диапазоне доз от 0 4 до 100 0 сГр,

- оценить эффективность пролонгированного облучения на формирование устойчивости растений к облучению,

- выявить изменения в содержании гормонов в соцветиях 7гас/езсап^а (клон 02) после облучения в диапазоне от 1 0 до 28 0 сГр,

- изучить влияние гибберелловой кислоты на изменение спонтанной частоты розовых соматических мутаций и индуцированной у-излуче-нием в диапазоне доз от 0 4 до 100 0 сГр

Научная новизна Впервые исследована реакция гормональной системы и генотипа растений ТгабезсапЬа (клон 02) на хроническое облучение ионизирующей радиацией низкой интенсивности в диапазоне доз от 0 4 до 104 4 сГр Определено содержание основных групп фитогормонов -абсцизовой кислоты, гиббереллина АЗ, цитокининов и индолилуксусной кислоты в соцветиях ТгадевсапЬа (клон 02) при их облучении в диапазоне доз от 1 0 до 28 0 сГр Показано, что облучение в малых дозах приводит к достоверно значимому изменению содержания фитогормонов, что указывает на роль гормональной системы растений в формировании эффектов облучения в малых дозах ионизирующей радиации

Показано модифицирующее действие гиббереллина АЗ в концентрациях 104 и 105 моль/л на величину радиоиндуцированных цитогенетичес-ких эффектов у ТгабезсапЬа (клон 02) в диапазоне доз от 0 4 до 28 0 сГр

Теоретическое и практическое значение Полученные результаты о динамике уровня фитогормонов в соцветиях облученной в разных дозах ионизирующего излучения ТгабезсапЬа существенно дополняют знания о роли организменного контроля в становлении мутаций Показано, что облучение в малых дозах приводит к разнонаправленному изменению содержания фитогормонов, что может объяснять нелинейный характер до-зовой зависимости цитогенетических нарушений Результаты исследований используются в лекционном курсе ч<Радиоэкология» в Сыктывкарском государственном университете

Апробация работы Основные результаты были доложены на седьмом международном симпозиуме «Урал промышленный, Урал атомный» (Екатеринбург 1999), на седьмой молодежной конференции «Актуальные проблемы биологии» (Сыктывкар, 2000), на межрегиональной молодежной научной конференции «СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ», (Ухта, 2000), на IV съезде по радиационным исследованиям (Москва, 2001), на международной конференции «Биорад-2001», (Сыктывкар, 2001), на XV Коми республиканской конференции студентов и аспирантов, Сыктывкар, (2005), на международной конференции «Биорад-2006», (Сыктывкар, 2006), на всероссийском семинаре «Методы популяционной биологии» (Сыктывкар, 2006)

Публикации автором опубликовано 12 работ по материалам диссертации, в тч одна - в журнале перечня ВАК

Структура и объем работы работа изложена на 147 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, главы об объектах и методах исследования, четырех глав собственных результатов и их обсуждения, заключения, выводов, списка литературы и приложения Список литературы включает 186 источников, из них - 95 на иностранных языках Иллюстративный материал состоит из 20 рисунков, 11 таблиц и 10 приложений

Содержание работы

Глава 1

Механизмы реакции растительных организмов на облучение в малых дозах

В главе проведен анализ данных литературы по реакции биологических систем на облучение в малых дозах ионизирующей радиации и генетическому контролю механизмов устойчивости к облучению Отдельно показаны механизмы гормонального ответа на действие стрессирующих факторов у растений

Глава 2 Материалы и методы

Объект исследования ТгабезсапЬа (клон 02) известна как одно из наиболее радиочувствительных растений (1МегЬппк е! а1, 1993) Основная часть индуцированных мутаций проявляется в течение второй и третьей недели после воздействия генотоксического фактора Цветок имеет шесть тычиночных нитей Тычиночная нить несет от 30 до 70 волосков тычиночных нитей Обычно волосок состоит приблизительно из 10-30 клеток (Мепс1е, Мепс1е, 1973) В настоящее время ТгадезсапЬа (клон 02) успешно используется как высокочувствительная растительная тест-система для оценки действия малых доз ионизирующих излучений и биологически активных соединений нерадиационной природы и их сочетанных воздействий (1)пс)егЬг1пк е1 а1, 1993, Евсеева, Зайнуллин, 1998)

Схемы проводимых экспериментов В качестве исходного материала использовали генеративные побеги Tлadesca/^f/a (клон 02) с 2-3 междоузлиями Перед облучением их срезы помещали в дистиллированную воду или водные растворы гиббереллина АЗ Через 17 час растения подвергали воздействию ионизирующего облучения, источник 226Яа

В экспериментах по изучению гормональных и цитогенетических эффектов при постоянной экспозиции время облучения составляло 20 ч, максимальная мощность облучения - 1 4 сГр/ч на уровне соцветий, максимальная поглощенная доза - 28 0 сГр Все соцветия были получены в весенне-летний период При определении фитогормонов, время, проходившее с момента завершения облучения до момента фиксации соцветий, составляло от 30 минут до одного часа

При изучении совместного действия гиббереллина АЗ и малых доз радиации на частоту цитогенетических нарушений в волосках тычиночных нитей (ВТН) ТгабезсапЬа (клон 02), срезы ТгабезсапЬа помещали в водные растворы гиббереллина АЗ (104 и 105 моль/л) на 17 ч Непосредственно перед облучением срезы помещали в дистиллированную воду

В эксперименте по оценке цитогенетических эффектов облучения в малых дозах в ВТН ТгабевсапЬа (клон 02) при постоянной мощности облучения во всех вариантах мощность облучения составляла 115 сГр/ч на уров-

не соцветий, максимальная поглощенная доза составила 104 4 сГр, используемые растения были выращены в весенне-летний период В двух последующих экспериментах Tradescantia (клон 02) и срезы этих растений содержали в условиях круглосуточного освещения от ламп дневного света LB-40 и ламп с нитью накаливания мощностью 40 Вт при температуре 2829 С0 Мощность облучения составляла 0 45 сГр/ч и 1 15 сГр/ч Время проведения эксперимента - октябрь и ноябрь

В эксперименте с провокационным облучением время предоблучения составляло 20 ч, максимальная мощность - 1 4 сГр/ч на уровне соцветий, максимальная поглощенная доза - 23 0 сГр Через 1 ч после предоблучения соцветия облучали в острой дозе 150 0 сГр Время облучения - 2 мин , источник - 60Со

При оценке уровня содержания фитогормонов в каждом варианте использовали 60 соцветий, для оценки количества нарушений в волосках тычиночных нитей просматривали от 5000 до 19000 волосков в разных вариантах экспериментов, в контроле было просмотрено свыше 40000 волосков

Определение фитогормонов в соцветиях Tradescantia (клон 02) Содержание фитогормонов определяли в соцветиях Tradescantia (клон 02) Сразу после облучения соцветия срезали, взвешивали и фиксировали в смеси этилового спирта и воды (80 20 по объему)

Содержание абсцизовой (АБК), гибберреловой (ГК A3), индолилуксус-ной (ИУК) кислот и цитокининов (ЦТК), определяли в одной навеске растительного материала (Карсункина и др , 2000) Определение биологической активности гиббереллина A3 проводили по методу Франкленда и Уорин-га (Frankland, Wareing, 1960) Для биотестирования использовали салат сорта Берлинский (голландской селекции) Содержание гиббереллина в пробе определяли по калибровочной кривой, для построения которой использовали гибберелловую кислоту A3 (производство Курский химический завод) Количественное определение ИУК, ЦТК, АБК проводили методом иммуноферментного анализа в модификации конкурентного связывания фитогормонов исследуемого образца с антителами Содержание фитогормонов определяли по калибровочной кривой, для построения которой использовали стандартные АБК (Sigma), ИУК (Sigma), зеатин (Calbiochem) Ошибка методов определения содержания фитогормонов не превышала 30% Коньюгат белок-гормонов и сыворотки к изучаемым фитогормонам были получены из Института биологии Уфимского НЦ РАН Определение фитогормонов проводили в лаборатории регуляторов роста и развития сельскохозяйственных растений МСХА им К А Тимирязева

Методы изучения цитогенетических эффектов у Tradescantia (клон 02) Для изучения эффектов облучения в малых дозах и действия фитогормонов использовали тест-систему «розовые соматические мутации (РСМ) в волосках тычиночных нитей (ВТН)» Препараты готовили по стандартной методике (Ichikawa, 1971, Sparrow et al, 1973, Underbrink et al, 1993, Евсеева, 1999) С шестого по 21 день после облучения подсчитывали количество учитываемых нарушений в ВТН для каждого соцветия Частоту цитоге-

нетических нарушений подсчитывали как отношение учтенных событий к количеству подсчитанных волосков тычиночных нитей (Mencle, Mericle, 1973, Bewley, 1989)

Статистическая обработка материала Результаты обработаны стандартными методами (Урбах, 1964), с использованием пакета прикладных программ «Statistika v8»

Гпава 3

Частота нарушений в волосках тычиночных нитей Tradescantia после облучения ионизирующей радиацией в малых дозах

Изучали генетические нарушения у Tradescantia при облучении в диапазоне доз от 0 4 до 28 0 сГр Все условия данного эксперимента полностью аналогичны условиям экспериментов по изучению динамики содержания основных групп фитогормонов и модифицирующего действия гиббе-релловой кислоты A3 на частоту генетических нарушений при облучении в малых дозах (главы 4 и 5)

Как видно из данных, представленных в табл 1, зависимость частоты «доза-эффект» для генетических нарушений имела два максимума, при облучении в дозах 1 0 сГр и 4 86 сГр, статистически отличающихся от «ближайших» минимумов За единственным исключением (2 3 сГр), частота РСМ возрастала относительно контроля

Учитывая, что при пошаговой оценке достоверности различий между вариантами выявляются значения, статистически отличающиеся от значений ближайших вариантов, более корректным будет отнести наблюдаемую зависимость динамики частот мутаций от величины дозы облучения к нелинейной Данная кривая описывается уравнением второго порядка (R2 = О 97) Для морфологических аномалий и белых клеток зависимости «доза-эффект» имели схожий характер

Таблица 1

Частота розовых соматических мутаций (РСМ) в волосках тычиночных нитей (ВТН) Tradescantia, индуцированных облучением в дозах от 0 4 до 28 0 сГр

Варианты опыта, (доза, Число ВТН, Число Частота Критерий

мощность облучения) шт РСМ, шт РСМ, % Фишера

Контроль 41797 47 0 112±0 016

0 4 сГр (0 02 сГр/ч) 6257 9 0 143±0 048 р > 0 05

1 0 сГр (0 05 сГр/ч) 15378 28 0 182±0 034 р < 0 05

2 3 сГр (0 115 сГр/ч) 18951 18 0 094±0 022 р > 0 05

3 1 сГр (0 155 сГр/ч) 5080 12 0 236+0 068 р < 0 05

4 86 сГр (0 243 сГр/ч) 6031 23 0 381 ±0 079 р < 0 001

7 0 сГр (0 35 сГр/ч) 13746 36 0 261±0 044 р < 0 001

9 8 сГр (0 49 сГр/ч) 8769 16 0 182+0 046 р>005

13 5 сГр (0 665 сГр/ч) 6795 22 0 323±0 069 р < 0 001

28 0 сГр (1 4 сГр/ч) 12738 319 2 504±0138 р < 0 001

Нелинейная зависимость выхода цитогенетических нарушений от дозы ионизирующей радиации может указывать, в частности, на индукцию репа-ративных процессов при облучении в этих дозах (Pohl-Ruling44 et al, 1983, Гераськин, 1995, Заичкина и др , 1999) К настоящему времени установлено, что малые дозы ионизирующей радиации индуцируют, по меньшей мере, несколько различных типов репаративных процессов, в том числе у растений, что может приводить к нелинейной зависимости выхода цитогенетических нарушений от дозы облучения К их числу можно отнести внеплановый синтез ДНК, цитогенетический АО, SOS-ответ (Зайнуллин, 1998, Спитковский и др , 2000)

В следующем эксперименте мы оценили эффективность облучения при постоянной мощности Соцветия Tradescantia облучали при мощности 0 45 сГр/ч (первый вариант - контроль, второй вариант - 1 8 сГр, третий - 3 6 сГр, четвертый - 5 4 сГр, пятый - 7 2 сГр, шестой - 9 0 сГр, седьмой - 10 8 сГр, восьмой -12 6 сГр, девятый -14 4 сГр, десятый -16 2 сГр, одиннадцатый - 18 0 сГр, двенадцатый - 19 8 сГр) и 1 15 сГр/ч (первый вариант -контроль, второй вариант - 2 3 сГр, третий - 4 6 сГр, четвертый - 6 9 сГр, пятый - 9 2 сГр, шестой - 11 5 сГр, седьмой - 13 8 сГр, восьмой - 16 1 сГр, девятый - 18 4 сГр, десятый - 20 7 сГр, одиннадцатый - 23 0 сГр) (рис 1) Было обнаружено, что для выявляемых генетических нарушений характерен достоверный рост, независимо от мощности облучения (рис 1) С увеличением дозы облучения происходило увеличение частоты нарушений при сравнении с контролем, однако для каждого опыта имелись варианты, в которых частота нарушений достоверно снижалась относительно вариантов с облучением в меньших дозах Таким образом, выявленные нами зависимости не могут считаться линейными

Подобная зависимость отсутствовала для морфологических аномалий, которые включают в себя самые разные типы нарушений, и формирование

0 I-Г--,--Г-1--,-Г--,---Г--Т-,--,--

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 варианты облучений

--♦—PCM, 1,15сГр/ч в МА, 1,15 сГр/ч --PCM, 0,45сГр/ч - )» - МА, 0 45 сГр/ч

Рис 1 Динамика частоты розовых соматических мутаций (РСМ) в волосках тычиночных нитей Tradescantia (клон 02) при постоянной мощности облучения

которых может отличаться от механизмов образования генетических нарушений Достоверное увеличение частоты морфологических нарушений обнаруживали при облучении свыше 5 0 сГр (2, 3 варианты облучений, рис 1) Таким образом, показано сходство динамики выхода розовых мутаций при разных мощностях доз и их отличие от динамики морфологических аномалий Это говорит о том, что мощности в индукции генетических мутаций не играют первостепенной роли, тогда как для уровня нарушений, связанных с нарушениями в морфологии, мощности доз могут иметь значение Это может быть связано с тем, что только истинно-генетические эффекты являются стохастическими по своему характеру (розовые мутант-ные события) Остальные типы нарушений имеют пороговый характер, и закономерности их реализации могут существенно отличаться от генетических

Был проведен эксперимент по изучению цитогенетических эффектов ионизирующего облучения в более широком диапазоне доз Облучали соцветия Тгас1е8сапЬа (клон 02) в дозах от 21 0 до 104 4 сГр при одинаковой мощности облучения - 1 15 сГр/ч (рис 2)

Облучение растений в этом диапазоне доз индуцирует существенно более высокий уровень генетических нарушений, чем облучение в меньших дозах (табл 1) Важным моментом является то, что уровни частоты розовых соматических мутаций при облучении Тгадеэсапиа в диапазоне от 21 0 сГр до 55 1 сГр статистически не отличались между собой При облучении в больших дозах, частота генетических нарушений увеличивается, то есть происходит переход в область «больших» доз Для варианта с облучением в дозе 81 2 сГр Ц относительно варианта с облучением в дозе 21 О сГр составляет 4 23, для варианта с облучением в дозе 104 4 сГр - 7 63 Полученная зависимость более успешно описывается уравнением второго порядка (И2 = 0 98) Таким образом, в данном эксперименте не было выявлено прямопропорциональной зависимости частоты учитываемых нарушений от дозы

В этой же главе приведены данные об эффектах адаптирующего влияния малых доз ионизирующего излучения на Ггас/езсал^а (клон 02) к пос-

3 2,5 2 1,5 1

0,5 0

0 20 40 60 80 100 120

Рис 2 Динамика частоты розовых соматических мутаций в клетках волосков тычиночных нитей Тгас/езсапЬа при облучении в малых дозах Ось абсцисс - доза, сГр, ось ординат - частота розовых соматических мутаций, (%)

ледующему действию острого провокационного ионизирующего облучения. Показано, что пролонгированное облучение соцветий Tradescantia (клон 02) в дозах от 2.3 до 4.86 сГр приводит к повышению выживаемости бутонов после провоцирующего облучения в дозе 150.0 сГр, что выражается в увеличении числа волосков относительно вариантов с облучением в меньших дозах (рис. 3).

900- J

800 700 600

500|

400

300!

2 00 100 о

Контроль 0,4 сГр 1 сГр 2,3 сГр 4,86 сГр 7сГр 13,5 сГр 23 сГр

Рис. 3. Число учтенных волосков тычиночных нитей на одно соцветие после острого облучения и предоблучения в дозах от 0.4 до 23.0 сГр. Ось абсцисс - доза, сГр; ось ординат - число учтенных ВТН на одно соцветие. Примечание: для всех вариантов относительно контроля р>0.05, варианты при облучении в дозах 0.4 и 1.0 сГр, статистически отличались от вариантов с облучением в дозах 2.3 и 4.86 сГр, р<0.05.

Другим показателем, отражающим характер наблюдаемого эффекта (повышение устойчивости к острому облучению), является изменение уровня варьирования числа учтенных волосков для отдельных соцветий. У контрольных растений коэффициент вариации составлял 97%, для вариантов с предоблучением в дозах 1.0 сГр и 7.0 сГр он достигал максимальных значений - 143% и - 154%, соответственно, минимальных значений - 56 % - при предоблучении в дозе 2.3 сГр, и 33 % - при предоблучении в дозе 4.86 сГр.

Острое облучение в вариантах с предоблучением в дозах 2.3 и 23.0 сГр приводило к незначительному повышению радиочувствительности (радиосенсибилизации). В остальных вариантах острое облучение вызывало снижение частоты розовых соматических мутаций относительно контроля. В вариантах с предоблучением в дозах 1.0 и 13.5 сГр снижение частоты розовых соматических мутаций носило статистически значимый характер. Таким образом, мы можем говорить об адаптирующем действии малых доз ионизирующего излучения на данную тест-систему.

Контроль 0,4 сГр 1 сГр 2,3 сГр 4,86 сГр 7сГр 13,5 сГр 23 сГр

Глава 4

Динамика изменения содержания гормонов в соцветиях Тгадеэсапйа после облучения ионизирующей радиацией в малых дозах

Фитогормоны, проявляя себя как мутагены, являются при этом эффективными радиопротекторами, что указывает на их значение в механизмах становления мутантных событий (Виленский, 1987). Основные группы растительных гормонов, управляя контрольными механизмами клеточного цикла, обеспечивают устойчивость генома при действии генотоксических агентов.

Абсцизовая кислота. Абсцизовая кислота является важнейшим гормоном, обеспечивающим стрессовые ответы растений (Кефели, 1984; Гудков, 1985). Многие из эффектов АБК приводят к долгосрочным физиологическим изменениям, в основе которых - модификация экспрессии генов на транскрипционном уровне (Skriver et at., 1991). Содержание абсцизо-вой кислоты составляло 84.0 нг/г сырого веса в контроле и достигало максимальных значений при облучении в дозах 4.86 сГр и 9.8 сГр - 270.0 нг/г и 380.0 нг/г, соответственно (рис. 4). На этом участке кривой «доза-эффект» частота РСМ снижалась с ростом дозы более чем в два раза, с 0.38% до 0.18%. В варианте с облучением в дозе 2.3 сГр наблюдали снижение уровня абсцизовой кислоты относительно контрольного значения. Облучение соцветий Tradescantia в этой дозе приводило к снижению частоты цитоге-нетических нарушений несколько ниже контрольного уровня (см. табл. 1).

Цитокинины. В контроле содержание цитокининов (ЦТК) в соцветиях Tradescantia (клон 02) составляло 548.2 мкг/г сырого веса. Во всех вариантах с облучением уровень цитокининов был достоверно ниже контрольного уровня (рис. 5). Обращает на себя внимание вариант с облучением в дозе 2.3 сГр, где уровень этого гормона снижался до значения 8.6 мкг/г сырого веса, уменьшаясь в 63.7 раза относительно контроля. На дозовой

400 350 300 250 200 150 100 50

Контроль 1 сГр 2.3 сГр 4.86 сГр 9.8 сГр 28сГр

Рис. 4. Содержание абсцизовой кислоты в контроле и при облучении в малых дозах в соцветиях ТгабевсапНа (клон 02). Ось абсцисс - доза, сГр; ось ординат -уровень АБК (нг/г сырого веса).

600 500 400 \ 300 -I 200 100 -

Контроль

1 сГр

2.3 сГр

4.86 сГр

9.8 сГр

28 сГр

Рис. 5. Содержание цитокининов в контроле и при облучении в малых дозах в соцветиях ТгабевсапНа (клон 02). Ось абсцисс - доза, сГр; ось ординат - уровень ЦТК (мкг/г сырого веса).

кривой для генетических нарушений (см. табл. 1) облучение в этой дозе приводит к снижению частоты розовых соматических мутаций ниже контрольного уровня.

Цитокинины являются необходимыми факторами для прохождения контрольных точек каждой из фаз клеточного цикла (Francis, Sorrell, 2001). Другим аспектом влияния ЦТК на клеточный цикл является их участие в процессах репликации. Показано, что цитокинины ответственны за вступление в процесс репликации и собственно за его протекание (Houssa et al., 1994; Suchomelova et al., 2003; ). Чрезвычайно низкие уровни ЦТК при облучении могут свидетельствовать о торможении деления клеток к моменту фиксации соцветий и инициации тех или иных репаративных систем.

Ауксины. Содержание ауксинов в контроле составляло 213.0 нг/г сырого веса соцветий Tradescantia. Снижение уровня ауксинов в соцветиях Tradescantia (клон 02) при облучении в дозах 1.0 и 2.3 сГр существенно не отличалось от контрольного значения (рис. 6), во всех остальных вариантах с большими дозами снижение уровня ИУК было достоверным. В вари-

250

200 150 100 50

JBL

4.86 сГр

9.8 сГр

28 сГр

Контроль 1 сГр 2.3 сГр

Рис. 6. Содержание ауксинов в контроле и при облучении в малых дозах в соцветиях ТгабейсапНа (клон 02). Ось абсцисс - доза, сГр; ось ординат - уровень ИУК (нг/г сырого веса).

анте с облучением соцветий в дозе 4 86 сГр содержание ауксинов снижалось более чем в пять раз против контроля (36 5 нг/г сырого веса) Частота розовых мутаций при облучении в этой дозе достигала второго максимума на зависимости «доза-эффект» для этого типа нарушений (см табл 1) При облучении в дозе 28 0 сГр содержание ауксинов достигало минимального уровня, снижаясь в 13 9 раза (15 3 нг/г сырого веса)

Показано значение этого гормона для прохождения отдельных стадий клеточного цикла Выявлен ряд факторов, ответственных за их прохождение, чья экспрессия или деградация может определяться уровнем ауксинов (Francis, Sorrell, 2001, Gray et al, 2002, Bashir et al, 2004) Также показано значение ауксина в механизмах, ответственных за восстановление труднорепарируемых повреждений ДНК (Weei-Chin et al, 2001, Eckardt, 2002)

Гиббереллин A3 В контрольном варианте содержание гибберелло-вой кислоты было ниже уровня чувствительности метода Облучение во всех вариантах, за исключением варианта с облучением в дозе 9 8 сГр, приводило к повышению содержания гиббереллина, которое достигало максимума при облучении в дозе 4 86 сГр - 228 0 нг/г (рис 7)

Таким образом, в варианте с облучением соцветий Tradescantia в дозе 4 86 сГр уровень гиббереллина увеличивался как минимум в 65 раз относительно контроля На кривой «доза-эффект» для розовых мутаций при облучении в этой дозе (4 86 сГр) наблюдали второй максимум частоты генетических нарушений (см табл 1) При облучении в дозе 9 8 сГр содержание гибберелловой кислоты было ниже уровня чувствительности метода Гиббереллин стимулирует экспрессию некоторых компонентов циклин-зависимых протеинкиназных комплексов (Sauter et al , 1995) Показано, что в ответ на действие гиббереллина экспрессируется ряд генов, ответственных за поддержание структурной целостности генома (van der Knaap et al, 1997, Fabian-Marwedel T et al, 2002)

250

200 150 -100 -50 -

0 -I-----,-1——-,.......-г— 1*—--,---1----,

Контроль 1 сГр 2 3сГр 486сГр 9 8сГр 28сГр

Рис 7 Содержание гибберелловой кислоты в контроле и при облучении в малых дозах в соцветиях Тгаёезсапиа (клон 02) Ось абсцисс - доза, сГр, ось ординат -уровень ГК АЗ (нг/г сырого веса)

Примечание + - ниже уровня чувствительности метода, менее 3 5 нг/г сырого веса

Полученные данные свидетельствуют о том, что в изучаемом диапазоне доз происходят значительные изменения уровня всех определяемых фитогормонов Таким образом, гормональная система растений активно реагирует на облучение в малых дозах

Эксперимент с провоцирующим облучением в большой дозе показал, что предоблучение в дозах 2 3 и 4 86 сГр индуцирует повышенную устойчивость соцветий Tradescantia к острому облучению в больших дозах Облучение в дозе 2 3 сГр приводит к наиболее значимому снижению уровня цито-кининов Данный эффект может привести к блокированию клеточного цикла, инициируя при этом адекватные ответы клетки на действие генотокси-ческих факторов среды Рост содержания гиббереллина при облучении в дозе 4 86 сГр может быть связан с его ролью в восстановительных процессах (Sauter, Kende, 1992, Sauter et al, 1995, van der Knaap et al, 1997, FabianMarwedel T et al, 2002)

Глава 5

Цитогенетические эффекты раздельного и совместного действия облучения и гиббереллина A3

В работе изучали влияние гибберелловой кислоты A3 на частоту розовых соматических мутаций Частота генетических нарушений в варианте с дистиллированной водой составила 0 112 %, в варианте с обработкой гиб-береллином в концентрации 105 моль/л - 0 198 %, в варианте с концентрацией гиббереллина 104 моль/л повышение частоты розовых мутаций было достоверным- 0 213 %

Цитогенетические эффекты раздельного и совместного действия облучения и гиббереллина. Высказываются предположения о связи радиопротекторных свойств фитогормонов с их влиянием на продолжительность разных стадий клеточного цикла (Гудков, 1985) Возможно, они обусловлены ролью гормонов в процессах синтеза нуклеиновых кислот и белков, которые определяют регенеративный и репаративный потенциал растительных клеток (Гродзинский, 1983)

На рис 8 представлены результаты экспериментов с содержанием срезов соцветий Tradescantia (клон 02) в дистиллированной воде и в водных растворах гиббереллина (10 5 и 104 моль/л)

Влияние гибберелловой кислоты на частоту радиоиндуцированных мутаций практически не зависело от его концентрации при облучении Tradescantia в дозах менее 9 8 сГр При облучении в дозах от 9 8 сГр и выше, проявлялась тенденция к изменению частоты РСМ в зависимости от концентрации ГК Обработка гиббереллином в концентрации Ю-4 моль/л приводила к снижению частоты розовых соматических мутаций относительно вариантов с обработкой гиббереллином в концентрации 105 моль/л Для варианта 9 8 сГр частота РСМ снижалась в 1 86 раза, для варианта 13 5 сГр - в 1 63 раза и для варианта 28 0 сГр - в 2 08 раза (статистически значимо)

& ГК-5,% —is— ГК -4, %

Диет, %

Рис 8 Динамика частоты РСМ в клетках волосков тычиночных нитей Tradescantia (клон 02) при обработке гибберелловой кислотой (105 и Ю^1 моль/л) и облучении в малых дозах Ось абсцисс - доза, сГр, ось ординат - частота розовых соматических мутаций, (%)

Как было показано в главе 3, при облучении растений в дозах, приблизительно от 10 сГр и выше, наблюдается существенный рост частоты генетических повреждений Именно в этом дозовом диапазоне гибберелловая кислота в концентрации 1О4 моль/л проявляет модифицирующее действие Облучение соцветий Tradescantia (клон 02) в дозе 9 8 сГр приводит к снижению содержания гибберелловой кислоты ниже уровня чувствительности метода (рис 7) По нашему мнению, облучение соцветий Tradescantia (клон 02) в дозах от 9 8 сГр и выше, индуцирует ответ механизмов, определяющих характер цитогенетических эффектов с дальнейшим ростом доз Эти механизмы являются гиббереллин-зависимыми и их индукция сопровождается существенным снижением уровня эндогенной гибберелловой кислоты Обработка экзогенным гиббереллином в концентрации 104 моль/л существенно модифицирует генетические ответы данной тест-системы при облучении в дозах 9 8, 13 5 и 28 0 сГр

Глава 6

Участие фитогормонов в формировании цитогенетических эффектов индуцированных облучением в малых дозах

В главе результаты обсуждаются с привлечением данных литературы об участии основных групп фитогормонов в процессах, индуцированных

стрессовыми факторами Отмечается, что влияние ионизирующего облучения в малых дозах на гормональный баланс в тканях соцветий Тгас/езсалйа (клон 02) имеет некоторое сходство с влиянием других стрессовых факторов на содержание фитогормонов Как об общей тенденции можно говорить об уменьшении с ростом дозы облучения содержания цитокининов и ауксинов и увеличении уровня абсцизовой кислоты Динамика содержания гибберелловой кислоты имеет более сложный характер

Согласно сформулированной в свое время М Е Лобашовым физиологической гипотезе мутационного процесса, в основе возникновения мутаций при действии ионизирующего излучения, лежат обратимые изменения метаболизма на уровне целой клетки (Лобашов, 1947) Поэтому можно предположить, что облучение в каждой из доз формирует в соцветиях ТгадезсапЬа определенный гормональный статус, на фоне которого возможна модификация величин цитогенетических эффектов

Заключение

Влияние облучения в малых дозах на гормональный баланс в тканях соцветий традесканции указывает на роль фитогормонов в ответах растений на действие этого фактора Если индукция радиобиологического эффекта обусловлена ответами гормональной системы, это неизбежно должно накладывать отпечаток на его характер, должна появляться специфика, свойственная для активности гормональной системы и регулятор-ной активности самих гормонов

Один из аспектов такой специфики можно обозначить как проблему генетического контроля гормональных реакций, индуцированных облучением в малых дозах В последние годы были выделены и описаны гены, кодирующие большинство энзимов, вовлеченных в синтез фитогормонов, в частности гиббереллина (Оэуюз, 1995, ВеМе е! а1, 1997, СиЫег е1 а1, 2002) Исследование их экспрессии позволит приблизить нас к пониманию молекулярных механизмов, лежащих в основе радиобиологических реакций

Другим ее аспектом является вопрос о механизмах, индуцируемых изменениями гормонального баланса в ответ на облучение Его можно сформулировать как проблему гормонального контроля радиобиологических реакций Так, к настоящему времени известен ряд циклинов, циклин-зави-симых киназ и их кофакторов, которые определяют ответы тех или иных контрольных точек клеточного цикла, экспрессия которых регулируется какой-либо группой фитогормонов Ответы на генотоксические факторы должны сопровождаться снижением содержания стимулирующих гормонов -цитокининов, ауксинов, гиббереллина Надо отметить, что каждый из трех стимулирующих гормонов в том или ином варианте опыта обнаруживает снижение своего содержания

Реакция клетки на генотоксические факторы включает в себя не только остановку клеточного цикла, но и активацию различных восстановительных систем Можно предположить, что гормоном, обеспечивающим позитивную регуляцию этих систем при облучении в малых дозах, является гиб-берелловая кислота

Полученные результаты указывают на возможность определенной «взаимообусловленности» и последовательности реакций, индуцируемых облучением Так, вероятно, реакции, индуцируемые облучением в дозах, где мы наблюдаем максимальный уровень гибберелловой кислоты (4 86 сГр), не могут реализовываться при облучении ионизирующей радиацией в более высоких дозах, где содержание гиббереллина снижается ниже уровня чувствительности метода Наблюдаемое в этом диапазоне доз снижение уровня гиббереллина, по-видимому, является условием реализации индуцированных радиобиологических процессов, и обработка ТгадезсапЬа (клон 02) экзогенным гиббереллином существенно модифицирует цитогенети-ческие эффекты облучения данного тест-объекта Таким образом, различия в гормональном статусе тканей соцветий ТгабезсапЬа (клон 02) при облучении в разных дозах могут служить, в определенной мере, «разграничительной линией» между различными состояниями, свойственными растительной клетке при облучении в малых дозах

Гормональная система растений регулирует направленность всего метаболизма клетки (Полевой, 1980, Кулаева, 1982) Степень изменений в содержании определяемых фитогормонов свидетельствует, что облучение затрагивает ключевые механизмы регуляции клеточного метаболизма, что может являться одним из ведущих моментов в формировании эффектов малых доз

Изменение уровня гормонов - уменьшение уровня цитокининов в 63 раза (2 3 сГр), ауксинов в 13 9 раза (28 0 сГр), увеличение содержания ГК АЗ, по меньшей мере, в 65 раз (4 86 сГр) - должно вести к изменениям в сигнальных путях, контролирующих реакцию клетки на экзогенные и эндогенные регулирующие факторы и иметь следствием нарушение регуляции ряда базовых процессов жизнедеятельности клетки клеточного цикла, дифференциации, апоптоза, эпигенетических и некоторых других механизмов

Нелинейный характер цитогенетических эффектов в области малых доз указывает, что пути их формирования отличны от таковых при облучении в больших дозах Полученные данные указывают на возможность непрямого, опосредованного гормональным дисбалансом действия малых доз на стабильность генотипа Изучение гормональных ответов растений на облучение в малых дозах может приблизить нас к решению основных задач радиоэкологии - пониманию механизмов микроэволюционных процессов у растительных сообществ в условиях радиоактивного загрязнения и их отдаленных последствий для биоты

Выводы

1 Облучение Tradescantia (клон 02) в дозах от 0 4 сГр до 104 4 сГр приводило к увеличению частоты розовых соматических мутаций, белых мутантных событий и морфологических аномалий в волосках тычиночных нитей Анализ динамики нарушений от величины дозы облучения не выявил прямопропорциональной зависимости

2 Показано, что предварительное пролонгированное облучение соцветий Tradescantia (клон 02) в дозах 2 3 и 4 86 сГр за 20 ч повышало выживаемость бутонов после провоцирующего облучения в дозе 150 сГр, предварительное облучение в дозах 0 4, 1 0, 7 0, 13 5 и 23 0 сГр не оказывало адаптирующего влияния

3 Предварительное пролонгированное облучение Tradescantia в дозах 1 0 и 13 5 сГр снижало уровень генетических нарушений в волосках тычиночных нитей растений после дополнительного облучения в дозе 150 сГр

4 Облучение в малых дозах приводило к изменению уровня фитогор-монов в соцветиях Tradescantia (клон 02) Показано увеличение уровня абсцизовой кислоты с увеличением дозы облучения и снижение содержания ауксинов и цитокининов при всех дозах облучения

5 Обработка гибберелловой кислотой (104 моль/л) вызывала повышение частоты розовых соматических мутаций в волосках тычиночных нитей Tradescantia, следовательно, в данной концентрации гиббереллин проявлял мутагенный эффект

6 Действие гибберелловой кислоты при облучении Tradescantia (клон 02) в дозах от 1 0 до 28 0 сГр проявлялось в модификации величины ра-диоиндуцированных генетических эффектов При облучении растений в дозах выше 9 8 сГр гиббереллин в концентрации 10"4 моль/л проявлял антимутагенный эффект

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Хомиченко А А , Скоробогатова И В , Карсункина Н П , Зайнуллин В Г Гормональные и генетические эффекты, индуцированные облучением в малых дозах у Tradescantia (клон 02) // Радиационная биология Радиоэкология, 2007 Т47 №5 С 578-583

Хомиченко А А Роль гормонов в формировании генетических эффектов у растений // Тез VII Межд симпозиума Урал атомный, Урал промышленный Екатеринбург, 1999 С 73

Хомиченко А А Сочетанное действие малых доз радиации и гибберел-лина на частоту розовых мутаций в волосках тычиночных нитей традесканции // Тез Межрегиональной молодежной научной конференции «СЕВЕР-ГЕОЭКОТЕХ-2000», Ухта 2000 Ч 2 С 58

Хомиченко А А Влияние гибберелловой кислоты на частоту розовых соматических мутаций в волосках тычиночных нитей традесканции клон 02

при действии малых доз радиации // Тез VII Молодежной конференции «Актуальные проблемы биологии и экологии», Сыктывкар, 2000 С 249

Шершунова В И , Хомиченко А А , Прилепова Н В , Анискина М В Влияние малых доз радиации на Tradescantia clon 02 и Arabidopsis thaliana (L) heynh // Международная конференция «БИОРАД-2001» «Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды», Сыктывкар, 2001 С 253

Хомиченко А А Влияние гибберелловой кислоты на генетические эффекты в волосках тычиночных нитей традесканции клон 02 при действии малых доз радиации // Международная конференция «БИОРАД-2001» «Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды», Сыктывкар, 2001 С 250

Хомиченко А А Генетические эффекты совместного и раздельного действия малых доз ионизирующей радиации и гибберелловой кислоты в волосках тычиночных нитей Tradescantia клон 02 // Тез IV съезда по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безовасность), М 2001 Т 1 (Секции I- IV) - С 354

Хомиченко А А Цитогенетические эффекты малых доз ионизирующего излучения и последующего острого провокационного облучения в волосках тычиночных нитей Tradescantia клон 02 // IV съезд по радиационным исследованиям (радиобиология, радиоэкология, радиационная безопасность), М 2001 -Т 1 (Секции I- IV) -С 355

Хомиченко А А , Багина И А Влияние малых доз облучения на частоту генетических нарушений в волосках тычиночных нитей традесканции клон 02 //Тез XI Коми республ науч конф студентов и аспирантов Веб «Человек и окружающая среда», Сыктывкар, 2005 С 70

Хомиченко А А Генетические нарушения в волосках тычиночных нитей традесканции клон 02 при облучении в дозе 28 сГр // Тез XI Коми республ науч конф студентов и аспирантов В сб «Человек и окружающая среда» Сыктывкар, 2005 С 78

Хомиченко А А Скоробогатова И В , Зайнуллин В Г Генетические и гормональные эффекты у Tradescantia (клон 02) при облучении в малых дозах (гиббереллины) // Тез Международной конф «БИОРАД-2006» «Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды» Сыктывкар, 2006 С 131-132

Хомиченко А А , Скоробогатова И В , Зайнуллин В Г Гормональные и генетические эффекты у Tradescantia (клон 02) при облучении в малых дозах (цитокинины) // Тез Международной конф «БИОРАД-2006» «Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды» Сыктывкар, 2006 С 132-133

Тираж 110

Заказ 08(08)

Информационно-издательская группа Института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН 167982, г Сыктывкар, ул Коммунистическая, д 28

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Хомиченко, Алексей Анатольевич

Введение.

Глава 1. Механизмы реакции растительных организмов на облучение в малых дозах.

1.1 Реакция биологических систем на облучение ионизирующей радиацией в малых дозах.

1.2. Генетический контроль механизмов устойчивости к облучению ионизирующей радиацией в малых дозах.

1.3. Эколого-генетические последствия хронического облучения для популяций растений.

1.4. Стресс у растений. Механизмы биологического ответа на действие стрессирующих факторов.

1.5. Модификация гормонами индуцированных генетических эффектов у растений.

1.6. Механизмы, участвующие в проведении гиббереллового сигнала

Глава 2. Материал и методы.

2.1. Объект исследований.

2.1.1. Схемы проводимых экспериментов.

2.2 Методы исследований.

2.2.1. Определение фитогормонов в соцветиях Tradescantia клон 02 52 2.2.2 Методы изучения цитогенетических эффектов у Tradescantia клон 02.

2.3. Статистическая обработка материала.

Глава 3. Частота нарушений в волосках тычиночных нитей Tradescantia после облучения ионизирующей радиацией в малых дозах.

3.1. Генетические и морфологические нарушения, индуцированные облучением в диапазоне доз от 0.4 до 28.0 сГр.

3.2. Генетические и морфологические нарушения, индуцированные облучением в диапазоне доз от 21.0 до 104.4 сГр, при постоянной мощности облучения -1.15 сГр.

3.3. Влияние низкоинтенсивного ионизирующего облучения на частоту генетических и морфологических нарушений при постоянной мощности облучения 0.45 и 1.15 сГр/ч.

3.4. Адаптирующее влияние малых доз ионизирующего излучения на Tradescantia клон 02 к последующему действию острого провокационного ионизирующего облучения.

Глава 4. Динамика изменения содержания гормонов в соцветиях Tradescantia после облучения ионизирующей радиацией в малых дозах.

Глава 5. Цитогенетические эффекты раздельного и совместного действия облучения и гиббереллина A3.

5.1. Влияние гиббереллина A3, индолилуксусной кислоты и 6-бензиламинопурина на частоту спонтанных нарушений в волосках тычиночных нитей Tradescantia (клон 02).

5.2. Влияние ионизирующего излучения и гибберелловой кислоты на генетические нарушения у Tradescantia (клон 02) при облучении в диапазоне доз от 1.0до 28.0 сГр.

Глава 6. Участие фитогормонов в формировании цитогенетических эффектов, индуцированных облучением в малых дозах.

6.1. Гормональный статус тканей соцветий Tradescantia (клон 02) при облучении в малых дозах.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Модификация экзогенной гибберелловой кислотой генетических эффектов у Trdescantia (клон 02), индуцированных облучением в малых дозах"

Актуальность темы. В результате хозяйственной деятельности человека- добычи полезных ископаемых, строительства, развития атомной энергетики и т.п. - появляется значительное число территорий, загрязненных радионуклидами, что приводит к увеличению уровня радиационного фона биосферы. Это обуславливает необходимость тщательного изучения генетических последствий повышенного радиационного фона для природных популяций растений и механизмов микроэволюционных событий в условиях хронического действия ионизирующего излучения (Шевченко, Печкуренков, Абрамов, 1992; Гераськин, 1995; Зайнуллин, 1998). Имеющиеся данные указывают на значительную роль абиотических стрессовых факторов в формировании генетической структуры популяции (Имашева, 1999).

В настоящее время разработаны концепции о различных механизмах чувствительности организма к действию агента в больших и малых дозах (Эйдус, 1977; Зайнуллин, 1988, 1998; Бурлакова, 1994; Гераськин, 1995). Накопленные данные указывают, что при действии малых доз ионизирующей радиации имеется область, в которой не только не выявляются эффекты поражающего действия радиации, но возникают явления, не наблюдающиеся при больших дозах. Именно для этой области, по-видимому, было бы правильно употреблять термин «малые дозы», понимая под этим не только количественные, но и глубокие качественные различия в наблюдаемых эффектах. Можно говорить, что наблюдаемые нелинейные эффекты после облучения в малых дозах не являются артефактом, и отражают работу механизмов, обеспечивающих устойчивость и адаптацию биологических систем к меняющимся условиям внешней среды. Изучение этих механизмов имеет важное теоретическое и прикладное значение, и может быть обозначено как одна из целей радиоэкологии.

Ответы организмов на малые дозы ионизирующей радиации могут рассматриваться как реализация механизмов потенциальной устойчивости (Гродзинский, 1984). Процессы, индуцируемые облучением в малых дозах ионизирующей радиации и протекающие в ходе нормального клеточного цикла, обладают определенной общностью и являются проявлением консервативных механизмов, обеспечивающих целостность генома в ходе обычной жизнедеятельности клетки, а так же при действии неблагоприятных факторов среды (Спитковский, 2000).

Из-за фиксированности места обитания растений, они не способны активно избегать стрессовых воздействий со стороны окружающей среды. Таким образом, помимо ионизирующей радиации и ряда химических агентов антропогенного происхождения, целый ряд естественных факторов, таких как солнечная радиация, тепло, холод и пр., в сочетании с другими климатическими явлениями, могут оказывать на растения генотоксическое действие. О значении для растительных популяций восстановительных механизмов, обеспечивающих гомеостаз систем при воздействиях такого рода, свидетельствует чрезвычайная пластичность генома растений, часто насыщенного множеством дупликаций и повторов ДНК. Генотоксические факторы среды могут вызывать кратковременную задержку клеточного цикла на его контрольных точках и инициацию различных репаративных систем (Morgan W.F et al., 1996). Определенный уровень стимулирующих гормонов является условием прохождения клеточного цикла через его контрольные точки.

Физиологическая гипотеза мутационного процесса может служить отправной точкой для постановки проблемы относительно адаптивных процессов, индуцируемых мутагенными факторами внешней среды (Лобашов, 1947). Эта гипотеза предполагает, что системы организма, которые участвуют или могут участвовать в мутационном процессе, способствуя или препятствуя становлению мутаций, определяют уровень спонтанного мутирования. Она развита и продемонстрирована применительно к животным объектам, обладающим нейрогуморальной системой. Ее участие в модификации генетических эффектов было изучено в ряде работ (Мертвецов, 1986; Имашева, 1999; Барабой, Олейник, 1999). Показано, что фитогормонам в данных механизмах присущи те же функции, что и ростовым факторам животных организмов (Francis, Sorrell, 2001).

Выходя из состояния покоя, клетка становится гораздо более уязвимой к действию различных неблагоприятных факторов, что требует высокого уровня координации пролиферативных процессов с меняющимися условиями внешней среды (Francis, Sorrell, 2001). В силу этого эволюционно сложилось, что механизмы, контролирующие последовательное прохождение отдельных этапов клеточного цикла и поддержание целостности генома, в целом не являются автономными, и требуют для своей реализации цитоплазматических индукторов, как правило, гормональной природы (Гамбург, 1970). Изменения уровня фитогормонов на отдельных участках клеточного цикла является формой регуляции активности этих механизмов (Francis, Sorrell, 2001).

Известно, что растительные объекты могут различным образом реагировать на действие стрессоров, в том числе на ионизирующее излучение, в зависимости от гормонального статуса (Гудков и др. 1974,; Гудков, 1985). Однако в имеющихся работах изучались эффекты последействия облучения на содержание фитогормонов только в больших дозах. Данные по изменению их уровня после облучения крайне ограничены. Известно несколько работ (Виленский, 1980; 1987а), посвященных изучению содержания и соотношения гормонов после облучения ячменя на разных стадиях вегетации в дозах 10-13 Гр.

Изучение механизмов гормональной регуляции генетических процессов, обеспечивающих устойчивость организмов, может приблизить нас к пониманию закономерностей адаптации и микроэволюционных процессов у растительных сообществ в неблагоприятных условиях окружающей среды. Поэтому важным является изучение реакции гормональной системы растений и величины генетических эффектов, индуцированных облучением ионизирующей радиацией в малых дозах.

Цель работы заключалась в изучении закономерностей реакции Tradescantia (клон 02) на действие у-излучения в низких дозах и модификации эффектов облучения гибберелловой кислотой A3.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- изучить динамику частоты генетических и морфологических нарушений у Tradescantia (клон 02) в диапазоне доз от 0.4 до 100.0 сГр;

- оценить эффективность пролонгированного облучения на формирование устойчивости растений к облучению;

- выявить изменения в содержании гормонов в соцветиях Tradescantia (клон 02) после облучения в диапазоне от 1.0 до 28.0 сГр;

- изучить влияние гибберелловой кислоты на изменение спонтанной частоты розовых соматических мутаций и индуцированной у-излучением в диапазоне доз от 0.4 до 100.0 сГр.

Научная новизна. Впервые исследована реакция гормональной системы и генотипа растений Tradescantia (клон 02) на хроническое облучение ионизирующей радиацией низкой интенсивности в диапазоне доз от 0.4 до 104.4 сГр. Определено содержание основных групп фитогормонов -абсцизовой кислоты, гиббереллина A3, цитокининов и индолилуксусной кислоты в соцветиях Tradescantia (клон 02) при их облучении в диапазоне доз от 1.0 до 28.0 сГр. Показано, что облучение в малых дозах приводит к достоверно значимому изменению содержания фитогормонов, что указывает на роль гормональной системы растений в формировании эффектов облучения в малых дозах ионизирующей радиации.

Показано модифицирующее действие гиббереллина A3 в концентрациях 10"4 и 10"5 моль/л на величину радиоиндуцированных цитогенетических эффектов у Tradescantia (клон 02) в диапазоне доз от 0.4 до 28.0 сГр.

Теоретическое и практическое значение. Полученные результаты о динамике уровня фитогормонов в соцветиях облученной в разных дозах ионизирующего излучения Tradescantia существенно дополняют знания о роли организменного контроля в становлении мутаций. Показано, что облучение в малых дозах приводит к разнонаправленному изменению содержания фитогормонов, что может объяснять нелинейный характер дозовой зависимости цитогенетических нарушений. Результаты исследований используются в лекционном курсе «Радиоэкология» в Сыктывкарском государственном университете.

Благодарности: Автор выражает глубокую благодарность коллективу отдела радиоэкологии Института биологии Коми НЦ УрО РАН, своему научному руководителю В.Г. Зайнуллину, за помощь, оказанную при выполнении экспериментов, сотрудникам лаборатории регуляторов роста и развития сельскохозяйственных растений МСХА им. К.А. Тимирязева И.В. Скоробогатовой и Н.П. Карсункиной, оказывавших консультации и содействие в выполнении данной работы, сотрудникам отделения радиологии Республиканской больницы А.Е. Мосенко и С.С. Сауткиной за помощь при проведении экспериментов с острым облучением.

Апробация работы. Основные результаты были доложены на седьмом международном симпозиуме: «Урал промышленный, Урал атомный» (Екатеринбург 1999); на седьмой молодежной конференции «Актуальные проблемы биологии» (Сыктывкар, 2000); на межрегиональной молодёжной научной конференции «СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ», (Ухта, 2000); на IV съезде по радиационным исследованиям (Москва, 2001); на международной конференции «Биорад-2001», (Сыктывкар, 2001); на XV Коми республиканской конференции студентов и аспирантов, Сыктывкар, (2005); на международной конференции «Биорад-2006», (Сыктывкар, 2006); на всероссийском семинаре «Методы популяционной биологии» (Сыктывкар, 2006).

Публикации: автором опубликовано 12 работ по материалам диссертации, в т.ч. одна - в журнале перечня ВАК.

Структура и объем работы: работа изложена на 147 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, главы об объектах и методах исследования, четырех глав собственных результатов и их обсуждения, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Список литературы включает 186 источников, из них — 95 на иностранных языках. Иллюстративный материал состоит из 20 рисунков, 11 таблиц и 10 приложений.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Хомиченко, Алексей Анатольевич

ВЫВОДЫ

1. Облучение Tradescantia (клон 02) в дозах от 0.4 сГр до 104.4 сГр приводило к увеличению частоты розовых соматических мутаций, белых мутантных событий и морфологических аномалий в волосках тычиночных нитей. Анализ динамики нарушений от величины дозы облучения не выявил прямопропорциональной зависимости.

2. Показано, что предварительное пролонгированное облучение соцветий Tradescantia (клон 02) в дозах 2.3 и 4.86 сГр за 20 ч повышало выживаемость бутонов после провоцирующего облучения в дозе 150 сГр, предварительное облучение в дозах 0.4, 1.0, 7.0, 13.5 и 23.0 сГр не оказывало адаптирующего влияния.

3. Предварительное пролонгированное облучение Tradescantia в дозах 1.0 и 13,5 сГр снижало уровень генетических нарушений в волосках тычиночных нитей растений после дополнительного облучения в дозе 150 сГр.

4. Облучение в малых дозах приводило к изменению уровня фитогормонов в соцветиях Tradescantia (клон 02). Показано увеличение уровня абсцизовой кислоты с увеличением дозы облучения и снижение содержания ауксинов и цитокининов при всех дозах облучения.

5. Обработка гибберелловой кислотой (10"4 моль/л) вызывала повышение частоты розовых соматических мутаций в волосках тычиночных нитей Tradescantia, следовательно, в данной концентрации гиббереллин проявлял мутагенный эффект.

6. Действие гибберелловой кислоты при облучении Tradescantia (клон 02) в дозах от 1.0 до 28.0 сГр проявлялось в модификации величины радиоиндуцированных генетических эффектов. При облучении растений в дозах выше 9.8 сГр гиббереллин в концентрации 10"4 моль/л проявлял антимутагенный эффект.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Влияние облучения в малых дозах на гормональный баланс в тканях соцветий традесканции указывает на роль фитогормонов в ответах растений на действие этого фактора. По-видимому, ряд процессов, индуцируемых низкоинтенсивным ионизирующим излучением, регулируется на гормональном уровне. Если индукция радиобиологического эффекта обусловлена ответами гормональной системы, это неизбежно должно накладывать отпечаток на его характер, должна появляться специфика, свойственная для активности гормональной системы и регуляторной активности самих гормонов.

Один из аспектов такой специфики можно обозначить как проблему генетического контроля гормональных реакций, индуцированных облучением в малых дозах. В последние годы были выделены и описаны гены, кодирующие большинство ферментов, вовлечённых в синтез фитогормонов, в частности гиббереллина. Исследование их экспрессии позволит приблизить нас к пониманию молекулярных механизмов, лежащих в основе радиобиологических реакций.

Другим ее аспектом является вопрос о механизмах, индуцируемых изменениями гормонального баланса в ответ на облучение. Его можно сформулировать как проблему гормонального контроля радиобиологических реакций. Так, к настоящему времени известен ряд циклинов, циклин-зависимых киназ и их кофакторов, которые определяют ответы тех или иных контрольных точек, и экспрессия которых регулируется какой-либо группой фитогормонов. Ответы на генотоксические факторы должны сопровождаться снижением содержания стимулирующих гормонов - цитокининов, ауксинов, гиббереллина. Надо отметить, что каждый из трех стимулирующих гормонов в том или ином варианте опыта снижается при облучении в той или иной дозе.

Реакция клетки на генотоксические факторы включает в себя не только остановку клеточного цикла, но и активацию различных восстановительных систем. Можно предположить, что гормоном, обеспечивающим позитивную регуляцию этих систем при облучении в малых дозах, является гибберелловая кислота.

Полученные результаты указывают на возможность определенной «взаимообусловленности» и последовательности реакций, индуцируемых облучением. Так, вероятно, реакции, индуцируемые облучением в дозах, где мы наблюдаем максимальный уровень гибберелловой кислоты (4.86 сГр), не могут реализовываться при облучении в более высоких дозах, где содержание гиббереллина снижается ниже уровня чувствительности метода. Наблюдаемое в этом диапазоне доз снижение уровня гиббереллина, по-видимому, является условием реализации индуцированных радиобиологических процессов, и обработка Tradescantia (клон 02) экзогенным гиббереллином существенно модифицирует цитогенетические эффекты облучения данного тест-объекта. Таким образом, различия в гормональном статусе тканей соцветий Tradescantia (клон 02) могут служить, в определенной мере, «разграничительной линией» между различными состояниями, свойственными растительной клетке при облучении в малых дозах.

Гормональная система растений регулирует направленность всего метаболизма клетки (Полевой, 1980; Кулаева, 1982). Степень изменений в содержании определяемых фитогормонов свидетельствует, что облучение затрагивает ключевые механизмы регуляции клеточного метаболизма, что может являться одним из ведущих моментов в формировании эффектов малых доз. Изменения в гормональном балансе могут отражать общий метаболический сдвиг, вызываемый облучением в малых дозах. Фитогормоны, участвуя в регуляции активности ядерных структур и поддержании генетической стабильности (Francis, Sorrell, 2001), являются эффективными мутагенами (Виленский, 1987) и при определённых условиях сами могут рассматриваться как генотоксические факторы.

Изменения в уровне гормонов при облучении в малых дозах — уменьшение уровня цитокининов в 63 раза (2.3 сГр), ауксинов в 13.9 раза (28.0 сГр), увеличение содержания ГК A3, по меньшей мере, в 65 раз (4.86 сГр) - должны вести к изменеиям в сигнальных путях, контролирующих реакцию клетки на экзогенные и эндогенные регулирующие факторы, и иметь следствием нарушение регуляции ряда базовых процессов жизнедеятельности клетки; клеточного цикла, дифференциации, апоптоза, эпигенетических и некоторых других механизмов.

Нелинейный характер цитогенетических эффектов в области малых доз указывает, что пути их формирования отличны от таковых при облучении в больших дозах. Полученные данные указывают на возможность непрямого, опосредованного гормональным дисбалансом действия малых доз облучения на стабильность генотипа. Изучение гормональных ответов растений на облучение в малых дозах может приблизить нас к решению основных задач радиоэкологии - пониманию механизмов микроэволюционных процессов у растительных сообществ в условиях радиоактивного загрязнения и его отдаленных последствий для биоты.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Хомиченко, Алексей Анатольевич, Сыктывкар

1. Абрамов В.И., Шевченко В.А. Генетические последствия хронического действия ионизирующих излучений на популяции // Радиационный мутагенез и его роль в эволюции и селекции. М.: Наука, 1987. - С.83-109.

2. Андреева И.Н., Гринева Г.М. Изменение ультраструктуры митохондрий корней кукурузы при повреждающих воздействиях // Хлоропласта и митохондрии. -М.: Наука, 1969. С. 301-309.

3. Араратян Л.А. Цитогенетические эффекты фитогормонов.— Ереван, 1989.- 138 с.

4. Астауров Б.Л. Общая дискуссия // В кн.: Клетка и температура среды. М., Л.: Наука, 1964. - С. 123-124.

5. Барабой В.А., Олейник С.А. Стресс в развитии радиационного поражения. Роль регуляторных механизмов // Радиац. биол. Радиоэкол., 1999. Т. 39, вып. 4. - С. 438^43.

6. Безвенюк З.А. Фитогормональная регуляция первого клеточного цикла растительных клеток: Автореф. дис. . канд. биол. наук. Киев, 1985. -16 с.

7. Беляев Д.К. Некоторые генетико-эволюционные проблемы стресса и стрессируемости // Вестн. АМН СССР, 1979. № 7. - С 124-134.

8. Бурлакова Е.Б. Эффект сверхмалых доз // Вестн. РАН., 1994.— Т. 64.-№ 5. -С. 425-431.

9. Бухарин П.Д. Термический режим и жароустойчивость некоторых культурных растений: Автореф. дис. . канд. биол. наук. М.: МОПИ, 1958.- 16 с.

10. Ватти К.В., Тихомирова М.М. Адаптация и мутагенез // Радиационный мутагенез и его роль в эволюции и селекции. М.: Наука, 1987.-С. 127-142.

11. Виленский Е.Р. Генетическая активность регуляторов роста растений картолина и бензиладенина при действии ионизирующей радиации //Доклады ВАСХНИЛ, 19876.-№ 7.-С. 13-15.

12. Виленский Е.Р. Изменение содержания и соотношения фитогормонов при действии гамма-излучения 60Со на разных этапах органогенеза растений ячменя: Автореф. . канд. биол. наук.- Пущино, 1980.-40 с.

13. Виленский Е.Р. Роль гормонов в радиационном поражении растений // Радиобиология, 1987а. Т. 27, № 5. - С. 663-665.

14. Виленский Е.Р., Щербаков В.К. Роль фитогормонов в естественном и индуцированном мутационном процессе // Цитология и генетика. 1985.-Т. 19, № 3. С. 214-217.

15. Востокова Е.А. Влияние повышенной естественной радиоактивности на растения // Ботан. журнал. 1961. Т. 46, вып. 5. - С. 676680.

16. Гамбург К.З. Фитогормоны и клетки. М.: Наука, 1970. - 104 с.

17. Генкель П.А. Физиология жаро- и засухоустойчивости растений. -М.: Наука, 1982.-280 с.

18. Гераськин С.А. Концепция биологического действия малых доз ионизирующего излучения на клетки // Радиац. биол. Радиоэкол., 1995. -Т 35, вып. 5.-С. 571-580.

19. Гераськин С.А. Особенности биологического действия малых доз радиации // Радиац. биол. Радиоэкол., 1995. Т. 35, вып. 5. - С. 563-570.

20. Гераськин С.А., Дикарев В.Г., Удалова А.А., Дикарева Н.С. Радиационная биология. Радиоэкология. 1999. Т. 39, вып. 4. - С.373-383.

21. Гильяно Н.Я., Большакова О.И. и др. Клеточные ответы, индуцированные хроническим облучением бета-частицами, испускаемыми при распаде 14С //Радиац. биол. Радиоэкол., 1999. Т. 39, № 5. - С. 543-547.

22. Гродзинский Д.М. и др. Формирование радиобиологических реакций растений / Д.М. Гродзинский, К.Д. Коломиец, И.Н. Гудков, Ю.А. Кутлахмедов, А.А. Буллах. Киев : Наук, думка, 1984. - 216 с.

23. Гродзинский Д.М. Надежность растительных систем. Киев: Наук, думка, 1983. - 366 с.

24. Гродзинский Д.М., Гудков И.Н. Защита растений от лучевого поражения. М., 1973.-231 с.

25. Гудков И.Н. Действие фитогормонов на продолжительность митотического цикла в клетках меристем // Регуляция клеточного цикла растений. К., 1985. - С. 6-25.

26. Гудков И.Н. Клеточные механизмы пострадиационного восстановления растений. Киев: Наук, думка, 1985. - 224 с.

27. Гудков И.Н., Петрова Т.А., Зезина Н.В. Влияние температуры на продолжительность фаз митотического цикла клеток меристемы корней гороха и ее радиоустойчивость // Физиология и биохимия культ, растений, 1974. Т. 6, № 3. - С. 257-262.

28. Деева В.П. и др. Избирательное действие химических регуляторов iроста на растения. / В.П. Деева, З.И. Шелег, Н.В.Санько. Минск: Наука и техника, 1988.-256 с.

29. Деева В.П. Ретарданты— регуляторы роста растений, Минск: Наука и техника, 1980. - 176 с.

30. Доскалов X., Мальцева С. Исследования радиостимуляционного эффекта у томатов // Радиобиология, 1974. Т. 14, № 2. - С. 257-260.

31. Евсеева Т.И. Закономерности раздельного и сочетанного действия факторов радиационной и нерадиационной природы в диапазоне малых доз (концентраций) на традесканцию (клон 02): Автореф. дисс. . канд. биол. наук. Обнинск, 1999. - 23 с.

32. Евсеева Т.И., Зайнуллин В.Г. Сочетанное действие хронического гамма-облучения и нитрата тория-232 на традесканцию (клон 02) в условияхводной культуры // Радиац. биол. Радиоэкол., 1998.- Т. 38, вып. 6.- С. 856— 864.

33. Заичкина С.И., Клоков Д.ТО. Зависимость длительности сохранения радиационного адаптивного ответа в клетках костного мозга мышей от дозы гамма-облучения in vivo II Генетика, 1999. -Т. 35. № 9. - С. 1274-1279.

34. Зайнуллин В. Г. «Доза-эффект» в исследовании эффектов малых доз радиации // Радиочувствительность растений и животных биогеоценозов с повышенным естественным фоном радиации. Сыктывкар, 1998. - С. 93-97. (Тр. КНЦУрО АН СССР; № 97).

35. Зайнуллин В.Г. Генетические эффекты хронического облучения в. малых дозах ионизирующего излучения. СПб.: Наука, 1988. - 100 с.

36. Изучение мутационного процесса в популяциях одноклеточных, водорослей Chlorella и Chlamidomonas при остром и хроническом облучении ионизирующими излучениями / В.А.Шевченко, В.П. Визгин, А.Я. Алексеенко и др. // Генетика, 1969. Т. 5, № 9. - С. 60-73.

37. Имашева А.Г. Стрессовые условия среды и генетическая изменчивость в популяциях животных. // Генетика, 1999. Т. 35, № 4. -С. 421-431.

38. Карсункина Н.П. и др. Изучение гормонального баланса сомаклонов картофеля сорта Жуковский ранний / Н.П. Карсункина, И.В. Скоробогатова, Е.В. Захарова, И.М. Яшина // Сельскохозяйственная биотехнология, 2000. Т. 1 - С. 135-142.

39. Кефели В.И. Природные ингибиторы роста и фитогормоны. М.: Наука, 1974.-254 с.

40. Кефели В.И. Рост растений. М., 1984. -175 с.

41. Коданева Р.П., Шморгунов Г.Т. Ионизирующие излучения и продуктивность томата // Радиоэкологические исследования почв, растений и животных в биогеоценозах Севера. Сыктывкар, 1983. - С. 94-96. (Тр. Коми филиала АН СССР; № 60).

42. Кузин A.M. Возможные механизмы участия природного радиационного фона (ПРФ) в стимуляции деления клеток // Радиац. биол. Радиоэкол., 1994. Т. 34, вып. 2. - С. 398-400.

43. Кузин A.M. О различии ведущих молекулярных механизмов при» " " действии у-радиации на организм в больших и малых дозах // Изв. АН СССР. Сер. Биол., 1980. - № 6. - С. 883-890.

44. Кузин A.M. Структурно-метаболическая теория в радиобиологии. М., 1970. - 222 с.

45. Кузин A.M. О стимулирующем действии ионизирующей радиации в малых дозах на биологические процессы // Инф. бюлл. научн. совета по проблемам радиобиологии, 1976. Вып. 19. - С. 15-22.

46. Кузин A.M. Особенности механизма действия атомной радиации на биоту в малых, благоприятных для нее дозах // Пущино: НЦБН АН СССР, 1989.-32 с.

47. Кузин A.M. Стимулирующее действие ионизирующего излучения на биологические процессы. — М.: Атомиздат, 1977. — 133 с.

48. Кулаева О.Н. Гормональная регуляция физиологических процессов у растений на уровне синтеза РНК и белка //41 Тимирязевское чтение.-М., 1982.-83 с.

49. Ли Д.Е. Действие радиации на живые клетки. М., 1963. - 288 с.

50. Лобашов М.Е. Физиологическая (паранекротическая) гипотеза мутационного процесса// Вестн. ЛГУ. Биология, 1947. № 8. - С. 10-29.

51. Мертвецов Н.П. Гормональная регуляция экспрессии генов. — М.: Наука, 1986.

52. Михеев А.Н., Гуща Н.И., Малиновский Ю.Ю. Эпигенетические реакции клеток на действие ионизирующей радиации // Радиац. биол. Радиоэкол., 1999. Т. 39, Вып. 5. - С. 558-556.

53. Мосеев В.В. Действие этиленпродуцента 2-хлорэтилфосфонофой кислоты на рост растений озимой ржи (функционально-морфологический анализ): Автореф. дис. . канд. биол. наук. Л., 1986.

54. Муромцев Г.С., Чканников Д.И., Кулаева О.Н., Гамбург К.З. Основы химической регуляции роста и продуктивности растений. — М.: Агропромиздат, 1987.

55. Насонов Д.И. Александров В.Я. Реакция живого вещества на внешние воздействия. М.: Изд-во АН СССР, 1940. - 187 с.

56. Пелевина И.И., Афанасьев Г.Г., Алещенко А.В., Готлиб В .Я., Курнешова Л.Е. и др. Радиационно-индуцированный адаптивный ответ у детей и эффект внешних и внутренних факторов // Радиац. биол. Радиоэкол., 1999. Т. 39, вып. 1.-С. 106-112.

57. Пелевина И.И., Саенко А.С., Готлиб В.Я., Сынзыныс Б.И. Выживаемость облученных клеток млекопитающих и репарация ДНК. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 120 с.

58. Петин В.Г., Зюзиков Н.А. Закономерности проявления адаптивной реакции у дрожжевых клеток // Третий съезд по радиационным исследованиям. -Пущино, 1997.-Т. 1.-С. 161.

59. Петровская-Баранова Т.П. Физиология адаптации и интродукции растений. -М.: Наука, 1983. 152 с.

60. Поздова JI.M. Покой и морозостойкость черной смородины разного географического происхождения. Возможная роль абсцизовой кислоты: Автореф. канд. биол. наук. Л., 1980. - 22 с.

61. Полевой В.В. Физиология растений.— М.: Высш. шк., 1980.— 464 с.

62. Полевой В.В. Фитогормоны. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1982.248 с.

63. Попова О.Н. Особенности роста и развития некоторых культурных растений в условиях повышенного содержания естественных радиоэлементов урана и радия: Автореф. дисс. . канд. биол. наук. -Сыктывкар, 1966. 16 с.

64. Попова О.Н., Таскаев А.И., Шевченко В.А. Мутационные изменения в природной популяции горошка мышинного (Vicia cracca'L.) при хроническом облучении // Радиационный мутагенез и его роль в эволюции и селекции. -М.: Наука, 1987. С. 110-127.

65. Попова О.Н., Шершунова В.И. Наблюдения за качеством семян овсяницы луговой, интродуцированной на участке с повышенным содержанием в почве U и Ra // Радиобиология, 1987. Т. 27, вып. 3. - С. 400-404.

66. Предпосевное гамма-облучение семян сельскохозяйственных культур / Под ред. чл.-корр. АН СССР А.М.Кузина, д.б.н. Н.М. Березиной и к.т.н. Д.А. Каушанского. -М.: Атомиздат, 1976. 156 с.

67. Приялгаускене А.Ю. Индукция, модификация и фотореактивация повреждений ДНК, хромосом в проростках ячменя, облученных ультрафиолетовым светом: Афтореф. дисс. . канд. биол. наук. Вильнюс, 1989.

68. Северин Е.С., Кочеткова М.Н. Роль фосфорилирования в регуляции клеточной активности. М.: Наука, 1985. — 288 с.

69. Селье Г. На уровне целого организма. М.: Наука, 1972.

70. Селье Г. Стресс без дистресса. М.: Прогресс, 1979.

71. Спитковский Д.М., Ермакова А.В., Горин А.И. и др. Зависимость репарации ДНК, индуцированной генетически опасными воздействиями, от ионной силы среды, в которой находятся клетки // Цитология, 1992. Т. 34 — С. 76-85.

72. Спитковский Д.М. Концепция действия низких доз ионизирующей радиации на клетки и ее возможное использование для интерпретации медико-биологических последствий аварии на ЧАЭС // Радиац. биол. Радиоэкол., 1992 Т. 32, вып. 3. - С. 382-400.

73. Тимофеев-Ресовский Н.В., Иванов В.И., Корогодин В.И. Применение принципа попадания в радиобиологии. М.: Атомиздат, 1968. — 228 с.

74. Титов А.Ф. Влияние факторов внешней среды и физиологически активных веществ на терморезистентность и продуктивность растений / Под ред. С.Н. Дроздова, А.Ф. Титова. Петрозаводск: Карельский ФАН АН СССР, ин-т биологии, 1982. - 159 с.

75. Титов А.Ф. Влияние факторов внешней среды и физиологически активных веществ на продуктивность и устойчивость растений / Под ред.

76. С.Н. Дроздова, А.Ф. Титова. Петрозаводск: Карельский ФАН АН СССР, инт биологии, 1988. - 144 с.

77. Удовенко Г.В. Физиологические механизмы адаптации растений к различным экстремальным условиям // Труды ВНИИ растениеводства по прикл. ботанике, генетике, и селекции. 1979. - Т. 64, № 3. - С. 5 - 22.

78. Урбах В. Ю. Биометрические методы. М.: Наука, 1964. - 415 с.

79. Хрусталева Л.И. Экзогенные регуляторы роста и их влияние на геном растений: Автореф. дис. . док. биол. наук. М., 1994. - 40 с.

80. Чележанова Л.В., Алексахин P.M. К вопросу о цитогенетическом влиянии многолетнего воздействия повышенного фона искуственной радиации на популяции растений в природных условиях // Журн. общ. биологии, 1971. -Т. 32, № 4. С. 494-499.

81. Чележанова Л.В., Алексахин P.M. О биологическом действии повышенного фона ионизирующих излучений и процессах радиоадаптации в популяциях травянистых растений // Журн. общ. биологии, 1975. Т. 36, №2. -С. 303-311.

82. Чележанова Л.В., Алексахин P.M., Смирнов Е.Г. О цитогенетической адаптации растений при хроническом воздействии ионизирующей радиации // Генетика, 1971. Т. 7. - С. 30-37.

83. Чиркова Т.В. Пути адаптации растений к гипоксии и аноксии. -Л.: Издательство Ленинградского ун-та, 1988. 244 с.

84. Чиркова Т.В., Войцековская С.А. Синтез белка в условиях гипоксии и аноксии // Успехи современной биологии, 1999. Т. 119, № 2. - С. 178-180.

85. Шевченко В.А., Печкуренков B.JI., Абрамов В.И. Радиационная генетика природных популяций. Генетические последствия кыштымской аварии. -М.: Наука, 1992. 221 с.

86. Щербаков В.К. Мутации в эволюции и селекции растений. М.: Колос, 1982.-327 с.

87. Эйдус JI.X. Неспецифическая реакция клеток и радиочувствительность. М: Атомиздат, 1977. - 155 с.

88. Amador V., Monte Е., Garcia-Martianez J.-L., Prat S. Gibberellins signal nuclear import of PHOR1, a photoperiod-responsive protein with homology to Drosophila armadillo // Cell, 2001. Vol. 106. - P. 343-354.

89. Bashir T, Dorrello NV, Amador V, Guardavaccaro D, Pagano M. Control of the SCF (Skp2-Cksl) ubiquitin ligase by the APC/C(Cdhl) ubiquitin ligase //Nature, 2004. Vol. 428. - P. 190-193.

90. Beamish H, Williams R, Chen P, Lavin MF. Defect in multiple cell cycle checkpoints in Ataxia-telangiectasia postirradiation I I J Biol Chem., 1996. -Vol. 271.-P. 20486-20493.

91. Bethke P.C., Schuurink R.C., Jones R.L. Hormonal signaling in cereal alurone // J Exp. Bot., 1997. Vol. 48. - P. 1337-1356.

92. Bewley D.K. The physics and radiobiology of fast neutron beams / Higler RF (ed) // Radiobiology. Bristol and New York: In IOP Publishing Ltd, 1989.-P. 96-128.

93. Blanc G., Barakat A., Guyot R., Cooke R., Delseny M. Extensive duplication and reshuffling in the Arabidopsis genome // Plant Cell, 2000. -Vol. 12.-P. 1093-1102.

94. Brian A. L., Brian P. D., Ricardo A. D., Cintia M. C., Young-min W., Yan L., Investigating the hows and whys of DNA endoreduplication // Journal of Experimental Botany, 2001. Vol. 52, №. 355, - P. 183-192.

95. Brush G.S., Kelly T.J. Phosphorylation of the replication protein A large subunit in the Saccharomyces cerevisiae checkpoint response // Nucleic A^cids Research, 2000. Vol. 28 (19). - P.3725 -3732.

96. Bundock P., Hooykaas P. Severe Developmental Defects, Hypersensitivity to DNA-Damaging Agents, and Lengthened Telomeres in Arabidopsis MRE11 Mutants // Plant Cell., 2002. Vol. 14 (10). - P. 2451-2462.

97. Cannon H.L. The effect of uranium-vanadium deposits on the vegetation of the Colorado plateau // Amer.J.Sci., 1952. Vol. 250, № 10. — C. 735-770.

98. Comer F.I., Hart G.W. O-Glycosylation of nuclear and cytosolic proteins: Dynamic interplay between O-GlcNAc and O-phosphate. // J. Biol. Chem., 2000. Vol. 275. - P. 29179-29182.

99. Davies P.J. The plant hormone concept: concentration, sensitivity and transport / Edited by Davies P.J. Dordrecht // In Plant Hormones: Physiology, Biochemistry and Molecular Biology, edn 2 Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 1995.-P. 13-38.

100. Davis L. The nuclear pore complex // Annu Rev Biochem, 1995. — Vol. 64.-P. 865-896.

101. Dobzhansky Th. How do the genetic loads affect the fitness of their carriers in Drosophila populations?// Amer. Natur., 1964. Vol. 98, № 900. — P. 151-166.

102. Eckardt N.A. Ins and Outs of E2Fs // Plant Cell, 2002. Vol. 14. -P. 2977-2980.

103. Fabian-Marwedel Т., Umeda M., Sauter M. The Rice Cyclin-Dependent Kinase Activating Kinase R2 Regulates S-Phase Progression // Plant Cell, 2002.-Vol. 14.-P. 197-210.

104. Fang F., Newport J.W. Evidence that the Gl-S and G2-M transitions are controlled by different cdc2 proteins in higher eukaryotes // Cell, 1991. — Vol. 66.-P. 731-742.

105. Forbes V.E., Calow P. Responses of aquatic organisms to pollutant stress: theoretical and practical implications // Environmental stress, adaptation and evolution / Eds Bijsma R., Loeschcke V. Basel: Birkhauser, 1997. - P. 25 -42.

106. Francis D., Sorrell D.A. The interface between the cell cycle and plant growth regulators: a mini review // Plant Growth Regulation, 2001. Vol. 33. — P. 1-12.

107. Frankland В., Wareing P.F. Effect of gibberellic acid on hipocoty growth of lettuce seedlings // Natura, 1960. Vol. 185, № 4708. - P. 255-256.

108. Gallego M.E., White C.I. RAD50 function is essential for telomere maintenance in Arabidopsis II Proc. Natl Acad. Sci. USA, 2001. Vol. 98. -P. 1711-1716.

109. Garcia V., Bruchet H., Camescasse D., Granier F., Bouchez D., Tissier А. Л/АТМ Is Essential for Meiosis and the Somatic Response to DNA Damage in Plants // American Society of Plant Biologists Plant Cell., 2003. Vol. 15 (1). -P. 119-132.

110. Garcia V., Salanoubat M., Choisne N., Tissier A. An ATMhomologue from Arabidopsis thaliana: complete genomic organisation and expression analysis // Oxford University Press Nucleic Acids Res., 2000. Vol. 15; 28 (8) - P. 16921699.

111. Gorlich D (1997) Nuclear protein import. Curr Opin Cell Biol 9: 412419.

112. Gray W.M., Hellmann H., Dharmasiri S., Estelle M. Role of the Arabidopsis RING-H2 Protein RBX1 in RUB Modification and SCF Function // Plant Cell, 2002. Vol. 14(9). - P. 2137-2144.

113. Gubler F., Chandler P.M., White R.G., Llewellyn D.J., Jacobsen J.V. Gibberellin Signaling in Barley Aleurone Cells. Control of SLN1 and GAMYB Expression // Plant Physiol., 2002. Vol. 129.

114. Hanover, J.A. Glycan-dependent signaling: O-Linked N-acetylglucosamine // FASEB J, 2001. Vol. 15. - P. 1865-1876.

115. Hartung F., Puchta H. Isolation of the complete cDNA of the Mrell homologue of Arabidopsis II Plant Physiol., 1999. Vol. 121. - P. 312.

116. Holmberg K., Mejer A.E., Harms-Rindahl M., Lambert B. Chromosomal instability in human lymphocytes after low dose rate irradiation and delayed mitogen stimulation // Int. J. Radiat. Biol., 1998. Vol. 73, № 1. - P. 2134.

117. Houssa C., Jacqmard A., Bernier G. Activation of replicon origins as possible targets for cytokinins in shoot meristems of Sinapis II Planta, 1990. -Vol. 181.-P. 324-326.

118. Houssa C., Bernier G., Pieltain A., Kinet J.M., Jacqmard A. Activation of latent DNA replication origins: a universal effect of cytokinins // Planta, 1994. -Vol. 193.-P. 247-250.

119. Huang L.C., Clarkin K.C., Wahl G.M. Sensitivity and selectivity of the DNA damage sensor responsible for activating p53-dependent G1 arrest // Proc Natl Acad Sci USA, 1996. Vol. 93. - P. 4827-4832.

120. Ichikawa S. Somatic mutation at low lewels of chronic gamma-ray exposures in Tradescantia stamen hairs // Japan. J. Jenetics, 1971. Vol. 46, № 6.-P. 371-381.

121. Jacobsen S.E., Binkowski K.A., Olsewski N.E. SPINDLY, a tetratricopeptide repeat protein involved in gibberellin signal transduction in Arabidopsis // Proc Natl Acad Sci USA, 1996. Vol. 93. - P. 9292-9296.

122. Jacqmard A., Houssa C., Bernier G. Abscisic acid antagonizes the effect of cytokinin on DNA-replication origins // J Exp Bot, 1995. Vol. 46. — P. 663-666.

123. Johzuka, K., Ogawa, H. Interaction of Mrel 1 and Rad50: Two proteins required for DNA repair and meiosis-specific double-strand break formation in Saccharomyces cerevisiae И Genetics, 1995. Vol. 139. - P. 1521-1532.

124. Kamiya, Y., Garcia-Martinez, J. Regulation of gibberellin biosynthesis by light // Curr. Opin. Plant Biol., 1999. Vol. 2. - P. 398^103.

125. Kimura M., Ohta T. Theoretical aspects of population genetics. New York: Princeton Univ. Press, 1971.

126. Koehn R.K., Bayne B.L. Towards a physiological and genetical understanding of the energetics of the stress response // Biol. J. Linn. Soc., 1989. -Vol. 37.-P. 157-171.

127. Lafarge S., Montan6 M.-H. Characterization of Arabidopsis thaliana ortholog of the human breast cancer susceptibility gene 1: AtBRCAl, strongly induced by gamma rays //Oxford University Press Nucleic Acids Res., 2003. -Vol.31 (4).-P. 1148-1155.

128. Larkins B.A., Dilkes B.P., Dante R.A., Coelho C.M., Liu Y.W.Y., Investigating the hows and whys of DNA endoreduplication // Journal of Experimental Botany, 2001. Vol. 52, №. 355. - P. 183-192.

129. Lee M., Nurse P. Cell cycle control genes in fission yeast and mammalian cells // Trends Genet, 1988. Vol. 4. - P. 287-290.

130. Lewontin R.C. The units of selection // Annu. Rev. Ecol. Syst., 1970. -Vol. l.-P. 1-18.

131. Li J., Meyer A.N., Donoghue D.J. Nuclear localization of cyclin B1 mediates its biological activity and is regulated by phosphorylation // Proc Natl Acad Sci USA, 1997. Vol. 94. - P. 502-507.

132. Lloyd D. С., Edvards A. A., Leonard A. et al. Chromosomal aberrations in human lymphocytes induced in vitro by very low doses of X-rays // Int. J. Radiat. Biol., 1992. Vol. 61. - P. 335-343.

133. Lorbiecke R., Sauter M. Adventitious Root Growth and Cell-Cycle Induction in Deepwater Rice // Plant Physiol., 1999. Vol. 119(1). - P. 21-30.

134. Maltzman W., Czyzyk L. UV irradiation stimulates levels of p53 cellular tumour antigen in nontransformed mouse cells // Mol Cell Biol, 1984. -Vol. 4.-P. 1689-1694.

135. Mericle R.P., Mericle L.W., Resolving the enigma of multiple mutant sectors in stamen hairs of tradescantia // Genetics, 1973. Vol. 73 (4). - P. 575.

136. Mironov V., DeVeylder L., Van Montague M., Inze D. Cyclin-dependent kinases and cell division in plants the nexus // Plant Cell, 1999. -Vol. 11.-P. 509-521.

137. Morgan W.F., Day J.P., Kaplan M.I., McGhee E.M., Limoli C.L. Genomic instability induced by ionizing radiation // Radiat Res, 1996. Vol' 146. -P. 247-258.

138. Nigg E.A. Cyclin-dependent kinase 7: at the cross-roads of transcription, DNA repair and cell cycle control? // Curr Opin Cell Biol, 1996. -Vol. 8.-P. 312-317.

139. Nirale A.S., Gaur B.C. Stimulatory effects of chronic gamma radiation on growth and development of young custard apple (Annona squamosa) trees // Stimul. Newslett., 1974. Vol. 6. - P. 24-33.

140. Ogas J., Cheng J.C., Sung Z.R., Somerville C. Cellular differentiation regulated by gibberellin in the Arabidopsis thaliana pickle mutant // Science, 1997.-Vol. 277.-P. 91-94.

141. Ogas J., Kaufmann S., Henderson J., Somerville C. PICKLE is a CHD3 chromatin-remodeling factor that regulates the transition from embryonic to vegetative development in Arabidopsis // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1999. -Vol. 96.-P. 13839-13844.

142. Ori N., Eshed Y., Chuck G., Bowman J.L., Hake S. Mechanisms that control' knox gene expression in the Arabidopsis shoot // Development, 2000. — Vol. 127.-P. 5523-5532.

143. Parsons P.A. Evolutionary rates under environmental stress // Evolutionary Biology. N. Y.: Plenum Press, 1987. Vol. 21. - P. 311-347.

144. Petin V.G., Berdnikova I.P. // Radiat. Environ. Biophys, 1979.-Vol. 16, № l.-P. 49-61.

145. Pohl-Ruling J., Fischer P., Haas O. et al. Effect of low-dose acute x-irradiation on the frequencies of chromosomal aberrations in human peripheral lymphocytes in vitro // Mutat. Res., 1983. Vol. 110, № l.-P. 71-82.

146. Pollycove M. Nonlinearity of radiation health effects // Environ. Health. Perspect., 1998.-Vol. 10.-S. 1.-P. 363-368.

147. Pysh L.D., Wysocka-Diller J.W., Camilleri C., Bouchez D.,-Benfey P.N. The GRAS gene family in Arabidopsis: Sequence characterization and basic expression analysis of the SCARECROW-LIKE genes // Plant J., 1-999. -Vol. 18.-P. 111-119.

148. Resnitzky D., Hengst L., Reed S.I. Cyclin A-associated kinase;activity is rate limiting for entrance into S phase and is negatively regulated in G1 by p27Kipl // Mol Cell Biol, 1995. Vol. 15. -P. 4347-4352.

149. Riha K., Matthew J.W., Parkey J., Shippen D.E. Telomere length deregulation and enhanced sensitivity to genotoxic stress in Arabidopsis mutants deficient in Ku70 //European Molecular Biology Organization EMBO J., 2002. -Vol. 21 (11).-P. 2819-2826.

150. Riou-Khamlichi C., Huntley R., Jacqmard A., Murray J.A.H. Cytokinin activation of Arabidopsis cell division through a D-type cyclin // Science, 1999; -Vol. 283.-P. 1541-1544.

151. Rozema, J., van de Staaij, J., Bjorn, L.O., Caldwell, M.M. UV-B as an environmental factor in plant life: Stress and regulation // Trends Ecol. Evol., 1997.-Vol. 12.-P. 22-28.

152. Sauter M., H. Kende: Gibberellin-induced growth and regulation of the cell division cycle in deepwater rice // Planta, 1992. Vol. 188. - P. 362-368.

153. Sauter M., Mekhedov S.L., Kende H. Gibberellin promotes histone HI kinase activity and the expression of cdc2 and cyclin genes during the induction of rapid growth in deepwater rice internodes // Plant J., 1995. Vol. 7. - P. 623-632.

154. Sax K., Schairer L.A. The effect of chronic gamma irradiation on apical dominance of trees // Padiat. Bot., 1963. Vol. 3, № 3. - P. 283-285.

155. Shackelford R. E., Kaufmann W. K., Paules R. S. Cell Cycle Control, Checkpoint Mechanisms, and Genotoxic Stress // Environmental Health Perspectives Supplements, 1999. Vol. 107. - № SI.

156. Shinozaki K., Yamaguchi-Shinozaki K. Molecular responses to drought stress. In Molecular Responses to Cold, Drought, Heat and Salt Stress in Higher Plants / Edited by Shinozaki K, Yamaguchi-Shinozaki Y. // Austin; Texas: RG Landes, 1999. P. 11-28.

157. Sibly R., Calow P. A life-cycle theory of response to stress //'Biol. J. Linn. Soc., 1989.-Vol. 37.-P. 101-116.

158. Silverstone A.L., Ciampaglio C.N., Sun T.P. The Arabidopsis RGA gene encodes a transcriptional regulator repressing the gibberellin signal transduction pathway // Plant Cell, 1998. Vol. 10. - P. 155-169.

159. Skriver K., Olsen F.L., Rogers J.C., Mundy J. cis-acting DNA elements responsive to gibberellin and its antagonist abscisic acid // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1991. Vol. 88. - P. 7266-7270.

160. Smith H.M.S., Raikhel N.V. Protein Targeting to the Nuclear Pore. What Can We Learn from Plants? // Plant Physiol., 1999. Vol. 119. - P. 11571164.

161. Smith H.M.S., Raikhel N.V. Nuclear localization signal receptor importin associates with the cytoskeleton // Plant Cell, 1998. Vol. 10. - P. 1791— 1799.

162. Soni R., Carmichael J.P., Shah Z.H., Murray J.A.H. A family of cyclin D homologs from plants differentially controlled by growth regulators and containing the conserved retinoblastoma protein interaction motif // Plant Cell, 1995.-Vol. 7.-P. 85-103.

163. Sparrow A.H., Undenbrink A.G., Ross H.H. Mutations induced in Tradescantia by small doses of X rays and neutrons: analysis of dose-response curves // Science, 1972. Vol. 176.-P. 916-918.

164. Steponkus P.L., Uemura M., Joseph R.A., Gilmour S.J., Thomashow M.F. Mode of action of the COR15a gene on the freezing tolerance of Arabidopsis thaliana // Proc Natl Acad Sci USA, 1998. Vol. 95. - P. 14570-14575.

165. Swain S.M., Olszewski N.E. Genetic analysis of gibberellin:) signal transduction//Plant Physiol., 1996.-Vol. 112.-P. 11-17.

166. Taddey F., Vulc M., Radmann M., Matic I. Genetic variability and adaptation to stress / Eds Bijsma R., Loeschcke V. // Environmental stress, adaptation and evolution. Basel: Birkhauser, 1997. - P. 271-290.

167. Takai Y., Takuya S., Takashi M. Small GTP-Binding Proteins // Physiological Reviews, 2001. Vol. 81. - №. 1. - P. 153-208.

168. Th'ng J.P., Wright P.S., Hamaguchi J., Lee M.G., Norbury C.J., Nurse P., Bradbury E.M. The FT210 cell line is a mouse G2 phase mutant with a temperature-sensitive CDC2 gene product // Cell, 1990. Vol. 63. - P. 313-324.

169. Thompson L.H., Schild D. (2001) Homologous recombinational repair of DNA ensures mammalian chromosome stability // Mutat. Res., 2001. -Vol. 477.-P. 131-153.

170. Ueguchi-Tanaka M., Ashikari M., Itoh H., Kobayashi M., Kitona H., Matsuoka M. Characterization of rice dwarf mutant, GIBBERELLIN

171. SENSITIVE DWARF 1 (GID1) // In 17th International Conference on Plant Growth Substances. Brno, Czech Republic, 2001.

172. Umezu K., Sugawara N., Chen C., Haber J. E., Kolodner R. D. Genetic Analysis of Yeast RPA1 Reveals Its Multiple Functions in DNA Metabolism // Genetics, 1998. -Vol. 148. P. 989-1005.

173. Underbrink A.G., Schairer L.A., Sparrow A.H. Chemical mutagens: principles and methods for their detection / Hollaender A (ed) // Plenum Press, New York, 1993. Vol. 3. - P. 71-207.

174. Vision T.J., Brown D.G., Tanksley S.D. The origins of genomic duplications in Arabidopsis // Science, 2000. Vol. 290. - P. 2114-2117.

175. Weei-Chin L., Fang-Tsyr L., Joseph R. N. Selective induction of E2F1 in response to DNA damage, mediated by ATM-dependent phosphorylation // RESEARCH PAPER, 2001.-Vol. 15, № 14.-P. 1833-1844.

176. WolfS. The adaptive response in radiobiology: evolving insights and implications // Environ. Health. Perspect. 1998. Vol. 106, Suppl. 1. - P. 277-283.

177. Yamaguchi-Shinozaki K., Shinozaki K. A novel cis-acting element in an Arabidopsis gene is involved in responsiveness to drought, low-temperature, or high-salt stress // Plant Cell, 1994. -Vol. 6. P. 251-264.

178. Yang Z. Small GTPases. Versatile Signaling Switches in Plants // Plant Cell., 2002. Vol. 14(Suppl.). - P. 375-388.

Информация о работе

Хомиченко, Алексей Анатольевич
кандидата биологических наук
Сыктывкар, 2008
ВАК 03.00.16

Диссертация

Модификация экзогенной гибберелловой кислотой генетических эффектов у Trdescantia (клон 02), индуцированных облучением в малых дозах - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Модификация экзогенной гибберелловой кислотой генетических эффектов у Trdescantia (клон 02), индуцированных облучением в малых дозах - тема автореферата по биологии, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы